專利名稱：智能壓電減震控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種建筑物的防護(hù)裝置，尤其涉及一種減少外界震動(dòng)影響的防護(hù)裝置。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的土木工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)通過結(jié)構(gòu)構(gòu)件的彈塑性變形來消耗地震能量，達(dá)到 減輕地震作用的目的，但是結(jié)構(gòu)構(gòu)件的彈塑性耗能不可避免地會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)造成損傷，甚至是 不可修復(fù)的損傷。近年來所發(fā)生的大地震(如1994年美國Northridge，1995年日本神戶， 1999年臺(tái)灣集集，2008年中國汶川)造成的嚴(yán)重結(jié)構(gòu)破壞和重大財(cái)產(chǎn)損失已經(jīng)暴露出傳統(tǒng) 抗震設(shè)計(jì)方法的這種缺陷。耗能減振技術(shù)通過在結(jié)構(gòu)中設(shè)置被動(dòng)耗能裝置，消耗本來由結(jié)構(gòu)構(gòu)件(例如梁柱 結(jié)點(diǎn))消耗的地震能量，大大減輕了結(jié)構(gòu)的變形和損傷。目前已開發(fā)的耗能器主要有四類 摩擦耗能器、金屬屈服耗能器、粘滯耗能器和粘彈性耗能器。摩擦耗能器因其耗能能力強(qiáng)、 性能穩(wěn)定、價(jià)格低廉，在工程中相對(duì)于其它三種方式更易于推廣應(yīng)用。I^all摩擦耗能器由 Pal 1和Marsh于1982年提出，在加拿大、美國、印度和中國的多幢民用及工業(yè)建筑中得到應(yīng) 用。在Mil摩擦阻尼器的基礎(chǔ)上又提出了 T形芯板摩擦耗能器和可變摩擦耗能器等，都具 有Mil摩擦耗能器四連桿變形機(jī)構(gòu)，因此統(tǒng)稱為I^ll型摩擦阻尼器。I^ll型摩擦阻尼器 具有耗能能力強(qiáng)，不受支撐屈曲力的影響。金屬屈服耗能器的形式，如2008年2月27日公開的中國專利，公開號(hào)為 CN101131005A，公開了一種金屬屈服與摩擦阻尼器聯(lián)合減震控制方法，其主要由耗能鋼板、 摩擦鋼板、水平連接鋼板組成，通過摩擦鋼板和耗能鋼板來實(shí)現(xiàn)分階段耗能，通過調(diào)整摩擦 鋼板滑動(dòng)槽的長度使消能器具有可調(diào)功能，其效果大大不如摩擦耗能器。防屈曲支撐被認(rèn)為是很有前途的一種耗能支撐，防屈曲支撐是一種可以防止支撐 屈曲的一種耗能裝置。防屈曲支撐的研究在國內(nèi)則是剛剛起步，這種耗能器具有噸位大、耗 能能力強(qiáng)、不受頻率影響的優(yōu)點(diǎn)。但是摩擦阻尼器在大震過后，摩擦阻尼器的支撐由于屈曲 而不易拆卸，故結(jié)合摩擦阻尼器和防屈曲支撐的優(yōu)點(diǎn)，提出了摩擦阻尼器與防屈曲支撐聯(lián) 合減震控制裝置?，F(xiàn)有技術(shù)中，摩擦耗能器基本都是被動(dòng)耗能裝置，不能根據(jù)減震的需要而實(shí)時(shí)改 變自身的特性，因而限制了其減震效果和使用范圍。壓電陶瓷是一種新型功能材料，它具 有瞬間電致形變的特性，雖然形變量小，所需電場(chǎng)強(qiáng)度高，但需很大的應(yīng)力才可以限制其變 形，因此是一種良好的微驅(qū)動(dòng)器。其具有在機(jī)械力的作用下，在兩個(gè)端面出現(xiàn)符號(hào)相反而密 度與機(jī)械應(yīng)力成正比的束縛電荷，在電場(chǎng)的作用下，產(chǎn)生與電場(chǎng)強(qiáng)度成正比的變形或機(jī)械 應(yīng)力特征。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)效果克服上述缺陷，提供一種智能壓電減震控制裝置，其采用新型3壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器，根據(jù)減震結(jié)構(gòu)要求，利用壓電陶瓷的伸縮變形來改變摩擦片的緊固力，從 而實(shí)時(shí)調(diào)整摩擦力，可以使摩擦耗能力具有智能的特性。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案其包括框架以及設(shè)置在框架內(nèi)的阻 尼器，阻尼器采用摩擦阻尼器，摩擦阻尼器上設(shè)置壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器，摩擦阻尼器的四個(gè)邊角 分別通過防屈曲支撐構(gòu)件與框架連接。摩擦阻尼器與防屈曲支撐構(gòu)件栓接。防屈曲支撐構(gòu)件與框架栓接或鉚接或焊接。 摩擦阻尼器采用I^all摩擦阻尼器或T形芯板摩擦阻尼器或可變摩擦阻尼器。Pall摩擦阻尼器包括十字芯板、橫連板、豎連板、摩擦片、滑動(dòng)螺栓、四角螺栓；十 字芯板相對(duì)的兩側(cè)設(shè)有弧形槽孔，另兩側(cè)通過四角螺栓固定在豎連板上，十字芯板采用形 狀記憶合金材質(zhì)；橫連板與豎連板通過四角螺栓連接，橫連板與十字芯板連接處通過摩擦 片間隔；滑動(dòng)螺栓固定在橫連板上并貫通弧形槽孔，弧形槽孔的寬度大于滑動(dòng)螺栓的直徑； 壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器設(shè)置在滑動(dòng)螺栓與弧形槽孔之間。T形芯板摩擦阻尼器包括T形芯板(根據(jù)需要可以為一層或多層)、橫連板、豎連 板、摩擦片、滑動(dòng)螺栓、四角螺栓；T形芯板豎端設(shè)有弧形槽孔，橫端通過四角螺栓固定在豎 連板上，T形芯板采用形狀記憶合金材質(zhì)；橫連板與豎連板通過四角螺栓連接，橫連板與T 形芯板豎端連接處通過摩擦片間隔；滑動(dòng)螺栓固定在橫連板上并貫通弧形槽孔，弧形槽孔 的寬度大于滑動(dòng)螺栓的直徑；壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器設(shè)置在滑動(dòng)螺栓與弧形槽孔之間。槽孔中心線以下部兩個(gè)四角螺孔中心連線的中點(diǎn)為圓心、以豎連板上兩個(gè)螺孔中 心距為半徑，弧形槽孔寬度略大于滑動(dòng)螺栓直徑，弧形槽孔中心線弦長扣除滑動(dòng)螺栓直徑 后應(yīng)不小于結(jié)構(gòu)最大層間變形限值。摩擦片采用耐久性好、摩擦系數(shù)高的摩擦材料，如汽車 剎車片等。多層T形芯板摩擦耗能器通過四角螺栓上的支撐連接于結(jié)構(gòu)中。結(jié)構(gòu)發(fā)生側(cè)向 變形，將通過支撐帶動(dòng)耗能器側(cè)向運(yùn)動(dòng)。當(dāng)耗能器受力克服摩擦力后，由矩形變?yōu)槠叫兴倪?形，橫連板帶動(dòng)滑動(dòng)螺栓在弧形槽孔中相對(duì)T形芯板作圓弧運(yùn)動(dòng)。摩擦片也隨橫連板運(yùn)動(dòng)， 摩擦片與T形芯板間的相對(duì)摩擦運(yùn)動(dòng)將消耗外部輸入能量，從而達(dá)到減輕振動(dòng)的作用。T形芯板摩擦阻尼器與I^ll摩擦耗能器相比有如下優(yōu)點(diǎn)(1)可根據(jù)工程需要，靈 活確定τ形芯板的個(gè)數(shù)；增加了 T形芯板的個(gè)數(shù)，可提高耗能器的摩擦力；(2)簡化了芯板 的平面形狀，減少了加工面；(3)弧形螺栓槽孔由兩個(gè)減少為一個(gè)，降低了加工量；(4)減少 了兩個(gè)安裝螺栓，有利于提高加工精度?？勺兡Σ磷枘崞靼═形芯板、橫連板、豎連板、摩擦片、滑動(dòng)螺栓、四角螺栓；T形 芯板豎端設(shè)有弧形槽孔，橫端通過四角螺栓固定在豎連板上，T形芯板采用形狀記憶合金材 質(zhì)；橫連板與豎連板通過四角螺栓連接，橫連板與T形芯板豎端連接處通過摩擦片間隔；滑 動(dòng)螺栓固定在橫連板上并貫通弧形槽孔，弧形槽孔的寬度大于滑動(dòng)螺栓的直徑；；壓電陶瓷 驅(qū)動(dòng)器設(shè)置在滑動(dòng)螺栓與弧形槽孔之間；T形芯板豎端的端部為楔形，摩擦片采用相應(yīng)的 斜面，兩者斜度相同。T形芯板頂部有弧形槽孔，槽孔中心線以下部兩個(gè)四角螺孔中心連線的中點(diǎn)為圓 心、以豎連板上兩個(gè)螺孔中心距為半徑，弧形槽孔寬度略大于滑動(dòng)螺栓直徑，弧形槽孔中心 線弦長扣除滑動(dòng)螺栓直徑后應(yīng)不小于結(jié)構(gòu)最大層間變形限值。多層T形芯板摩擦耗能器通 過四角螺栓上的支撐連接于結(jié)構(gòu)中。結(jié)構(gòu)發(fā)生側(cè)向變形，將通過支撐帶動(dòng)耗能器側(cè)向運(yùn)動(dòng)。 當(dāng)耗能器受力克服摩擦力后，由矩形變?yōu)槠叫兴倪呅?，橫連板帶動(dòng)滑動(dòng)螺栓在弧形槽孔中相對(duì)T形芯板作圓弧運(yùn)動(dòng)。摩擦片也隨橫連板運(yùn)動(dòng)，并且與T形芯板的相對(duì)運(yùn)動(dòng)位弧線平 動(dòng)，即摩擦片的運(yùn)動(dòng)既有水平分量，也有豎直分量。因此，當(dāng)結(jié)構(gòu)位移增大時(shí)，耗能器由矩形 變?yōu)槠叫兴倪呅?，T形芯板楔形端頭相對(duì)摩擦片和橫連板作抽出運(yùn)動(dòng)，摩擦力減??；當(dāng)結(jié)構(gòu) 位移減小時(shí)，耗能器耗能器由平行四邊形變回為矩形，T形芯板楔形端頭相對(duì)摩擦片和橫連 板作擠進(jìn)運(yùn)動(dòng)，摩擦力增大。這樣，可變摩擦阻尼器就利用摩擦耗能機(jī)制實(shí)現(xiàn)了粘滯耗能器 的基本特征位移最大(即速度最小)時(shí)恢復(fù)力最小，位移最小(即速度最大)時(shí)恢復(fù)力最 大?？勺兡Σ梁哪芷魍瑫r(shí)具備了 1摩擦耗能器和粘滯耗能器的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也克服了各自 的缺點(diǎn)?？勺兡Σ梁哪芷髋cT形芯板摩擦阻尼器相比，只是在于T形芯板由平面換成了斜壓電陶瓷的壓電特性使壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器具有激勵(lì)功率小、響應(yīng)速度快、儲(chǔ)能能力 大的特點(diǎn)。本裝置安裝方便、便于拆卸，其耗能能力強(qiáng)，具有廣泛的防震、抗震應(yīng)用領(lǐng)域。


圖1為本發(fā)明的外形結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明的實(shí)施例1的十字芯板結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明的實(shí)施例1摩擦阻尼器結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明的實(shí)施例1摩擦阻尼器仰視結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本發(fā)明的實(shí)施例2的T形芯板結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為本發(fā)明的實(shí)施例2摩擦阻尼器結(jié)構(gòu)示意圖；圖7為本發(fā)明的實(shí)施例2摩擦阻尼器側(cè)面結(jié)構(gòu)示意圖；圖8為本發(fā)明的實(shí)施例3摩擦阻尼器側(cè)面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式本裝置包括框架1以及設(shè)置在框架內(nèi)的阻尼器，阻尼器采用摩擦阻尼器2，摩擦阻 尼器2上設(shè)置壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器13，摩擦阻尼器2的四個(gè)邊角分別通過防屈曲支撐構(gòu)件3與 框架1連接。實(shí)施例1摩擦阻尼器2采用I^ll摩擦阻尼器，摩擦阻尼器2與防屈曲支撐構(gòu)件3栓接，防 屈曲支撐構(gòu)件3與框架1焊接。I^all摩擦阻尼器包括十字芯板4、橫連板5、豎連板6、摩擦 片7、滑動(dòng)螺栓8、四角螺栓9 ；十字芯板4相對(duì)的兩側(cè)設(shè)有弧形槽孔10，另兩側(cè)通過四角螺 栓9固定在豎連板6上；橫連板5與豎連板6通過四角螺栓9連接，橫連板5與十字芯板4 連接處通過摩擦片7間隔；滑動(dòng)螺栓8固定在橫連板5上并貫通弧形槽孔10，弧形槽孔10 的寬度大于滑動(dòng)螺栓8的直徑；壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器13設(shè)置在滑動(dòng)螺栓8與弧形槽孔10之間。實(shí)施例2摩擦阻尼器2采用T形芯板摩擦阻尼器，摩擦阻尼器2與防屈曲支撐構(gòu)件3栓接。 防屈曲支撐構(gòu)件3與框架1栓接。T形芯板摩擦阻尼器包括T形芯板11、橫連板5、豎連板 6、摩擦片7、滑動(dòng)螺栓8、四角螺栓9 ;T形芯板豎端設(shè)有弧形槽孔10，橫端通過四角螺栓8 固定在豎連板6上，T形芯板11采用形狀記憶合金材質(zhì)；橫連板5與豎連板6通過四角螺栓9連接，橫連板5與T形芯板11豎端連接處通過摩擦片7間隔；滑動(dòng)螺栓8固定在橫連 板5上并貫通弧形槽孔10，弧形槽孔10的寬度大于滑動(dòng)螺栓8的直徑；壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器13 設(shè)置在滑動(dòng)螺栓8與弧形槽孔10之間。實(shí)施例3基本同實(shí)施例2，摩擦阻尼器2采用可變摩擦阻尼器，摩擦阻尼器2與防屈曲支撐 構(gòu)件3栓接。防屈曲支撐構(gòu)件3與框架1鉚接?？勺兡Σ磷枘崞靼═形芯板11、橫連板 5、豎連板6、摩擦片7、滑動(dòng)螺栓8、四角螺栓9 ；T形芯板豎端設(shè)有弧形槽孔10，橫端通過四 角螺栓9固定在豎連板6上；橫連板5與豎連板6通過四角螺栓9連接，橫連板5與T形芯 板11豎端連接處通過摩擦片7間隔；滑動(dòng)螺栓8固定在橫連板5上并貫通弧形槽孔10，弧 形槽孔10的寬度大于滑動(dòng)螺栓8的直徑；T形芯板11采用形狀記憶合金材質(zhì)。T形芯板11 豎端的端部12為楔形，摩擦片7采用相應(yīng)的斜面，兩者斜度相同；壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器13設(shè)置 在滑動(dòng)螺栓8與弧形槽孔10之間。
權(quán)利要求
1.一種智能壓電減震控制裝置，包括框架以及設(shè)置在框架內(nèi)的阻尼器，其特征在于阻 尼器采用摩擦阻尼器，摩擦阻尼器上設(shè)置壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器，摩擦阻尼器的四個(gè)邊角分別通 過防屈曲支撐構(gòu)件與框架連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能壓電減震控制裝置，其特征在于摩擦阻尼器與防屈曲支 撐構(gòu)件栓接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的智能壓電減震控制裝置，其特征在于防屈曲支撐構(gòu)件與 框架栓接或鉚接或焊接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能壓電減震控制裝置，其特征在于摩擦阻尼器采用I^ll摩 擦阻尼器或T形芯板摩擦阻尼器或可變摩擦阻尼器。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的智能壓電減震控制裝置，其特征在于Pal1摩擦阻尼器包括十 字芯板、橫連板、豎連板、摩擦片、滑動(dòng)螺栓、四角螺栓；十字芯板相對(duì)的兩側(cè)設(shè)有弧形槽孔， 另兩側(cè)通過四角螺栓固定在豎連板上；橫連板與豎連板通過四角螺栓連接，橫連板與十字 芯板連接處通過摩擦片間隔；滑動(dòng)螺栓固定在橫連板上并貫通弧形槽孔，弧形槽孔的寬度 大于滑動(dòng)螺栓的直徑；壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器設(shè)置在滑動(dòng)螺栓與弧形槽孔之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的智能壓電減震控制裝置，其特征在于T形芯板摩擦阻尼器包 括T形芯板、橫連板、豎連板、摩擦片、滑動(dòng)螺栓、四角螺栓；T形芯板豎端設(shè)有弧形槽孔，橫 端通過四角螺栓固定在豎連板上；橫連板與豎連板通過四角螺栓連接，橫連板與T形芯板 豎端連接處通過摩擦片間隔；滑動(dòng)螺栓固定在橫連板上并貫通弧形槽孔，弧形槽孔的寬度 大于滑動(dòng)螺栓的直徑；壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器設(shè)置在滑動(dòng)螺栓與弧形槽孔之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的智能壓電減震控制裝置，其特征在于可變摩擦阻尼器包括T 形芯板、橫連板、豎連板、摩擦片、滑動(dòng)螺栓、四角螺栓；T形芯板豎端設(shè)有弧形槽孔，橫端通 過四角螺栓固定在豎連板上；橫連扳與豎連板通過四角螺栓連接，橫連板與T形芯板豎端 連接處通過摩擦片間隔；T形芯板豎端的端部為楔形，摩擦片采用相應(yīng)的斜面，兩者斜度相 同；滑動(dòng)螺栓固定在橫連板上并貫通弧形槽孔，弧形槽孔的寬度大于滑動(dòng)螺栓的直徑；壓 電陶瓷驅(qū)動(dòng)器設(shè)置在滑動(dòng)螺栓與弧形槽孔之間。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種建筑物的防護(hù)裝置，尤其涉及一種減少外界震動(dòng)影響的防護(hù)裝置。本發(fā)明的智能壓電減震控制裝置，包括框架以及設(shè)置在框架內(nèi)的阻尼器，阻尼器采用摩擦阻尼器，摩擦阻尼器上設(shè)置壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器，摩擦阻尼器的四個(gè)邊角分別通過防屈曲支撐構(gòu)件與框架連接。本裝置安裝方便、便于拆卸，其耗能能力強(qiáng)，具有廣泛的防震、抗震應(yīng)用領(lǐng)域。
文檔編號(hào)E04B1/98GK102051924SQ200910221150
公開日2011年5月11日 申請(qǐng)日期2009年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月4日
發(fā)明者吳斌, 張紀(jì)剛, 歐進(jìn)萍 申請(qǐng)人:青島理工大學(xué)